光學鏡頭一般稱為攝像鏡頭或攝影鏡頭,簡稱鏡頭,其功能就是光學成像。光學鏡頭是機器視覺系統中的必備組件,直接影響到成像質量的好壞。
光學鏡頭的成像原理與人眼完全一樣。
人眼與光學鏡頭成像原理對比
(來源:網際網路)
光學鏡頭在工業領域和消費級市場都有著廣泛的應用。
工業領域
光學鏡頭技術優勢首先在機器視覺檢測方面有著廣泛的應用,其具體應用主要體現在以下四方面:機械零件測量、塑料零件測量、玻璃及藥用容器測量、電子組件測量等。
光學鏡頭視覺檢測方面應用
(來源:網絡)
消費級市場
光學鏡頭消費級應用情況
(來源:網絡)
從組立成鏡頭的光學鏡片特性來看,光學鏡頭主要分為塑料鏡頭和玻璃鏡頭兩大類。
採用光學塑料製成的光學鏡片和光學鏡頭主要分為球面和非球面兩種,而光學塑料非球面鏡片目前佔據市場主導地位。
球面與非球面鏡片
(來源:網際網路)
塑料鏡頭生產的工藝流程分為注塑成型和鏡頭的組立生產兩個部分。注塑成型又分為塑料非球面鏡片成型和手機鏡頭各類塑料配件成型,如塑料壓圈、塑料鏡筒、底座等。
塑料鏡片注塑成型生產流程
(來源:網際網路)
在完成零部件的成型檢驗後,要進行的是鏡頭的組立,就是將若干鏡片,隔圈、壓圈等配件,按組立作業標準的要求,進行組裝合成成品鏡頭的過程。
手機鏡頭組立工藝流程
(來源:網際網路)
玻璃鏡頭是用光學玻璃組立而成,廣泛應用於單眼相機等高端攝影設備以及掃描儀器設備中。相對於塑料鏡頭,玻璃鏡頭的製造工藝要複雜得多,對精密製造提出了更高的要求。
光學非球面玻璃透鏡
(來源:網際網路)
玻璃鏡片加工整個流程可分為研磨、鍍膜、定心、洗淨四大流程。
玻璃光學鏡頭製造加工流程
(來源:網際網路)
玻璃塑料混合鏡頭是由光學玻璃鏡片和光學塑料鏡片共同組立而成的鏡頭,這種鏡頭綜合了玻璃和塑料兩種透鏡的特點,具有高折射率的光學性能和穩定的化學性能,廣泛應用於監控攝像頭、數碼相繼攝像頭等鏡頭模組中。
玉晶光學GS8552CC監控鏡頭採用2G2P的結構
(來源:玉晶光學官網
註:G代表玻璃鏡片、P代表塑料鏡片)
大立光200萬像素3P2G結構的網絡攝像頭
(來源:網際網路
註:G代表玻璃鏡片、P代表塑料鏡片)
塑料鏡頭與玻璃鏡頭由於在材料屬性、加工工藝、透光率等方面都存在著很大的差異,因此最終的適用範圍也大有不同。
塑料鏡頭與玻璃鏡頭對比
(來源:網際網路)
在傳統相機鏡頭佔光學市場主流的階段,光學鏡頭產業鏈一直由佳能、尼康、卡爾·蔡司等國際巨頭所主導。隨著數碼電子產品的快速普及以及智能終端產品市場的爆發,一大批光學鏡頭廠商在這波浪潮中嶄露頭角並佔取市場重要地位。
光學鏡頭產業鏈
(來源:網絡)
全球光學鏡頭廠商2015年出貨量佔比
(來源:網絡公開資料)
塑料鏡頭產業鏈較長,從最上遊的光學塑料材料和機器設備,到中上遊的光學鏡片,再到中遊的光學鏡頭,延伸至下遊的攝像頭模組,最後到手機、平板等各類電子產品。
光學塑料材料目前分為熱塑性材料和熱固性材料。
塑料光學鏡頭材料對比
(來源:網際網路)
在上遊的加工儀器設備方面,主要有鏡片的成型設備和鏡頭的組立設備。目前國產設備雖然已經覆蓋生產線的各個環節,但在質量和精度方面與進口設備差距較大。因此,目前國內光學鏡頭廠商都採用進口設備來進行生產。
手機鏡頭生產線設備配置一覽
(來源:網絡)
在中遊的光學鏡片和光學鏡頭方面,目前臺灣和日韓廠商佔據市場的大部分份額。
全球主要鏡頭廠商概況
(來源:網際網路)
玻璃鏡頭主要分為專業相機鏡頭、車載鏡頭和掃描儀鏡頭三類。
玻璃鏡頭分類
(來源:網際網路)
在加工設備方面,玻璃鏡頭不同於塑料鏡頭的批量加工,它是單個鏡頭的加工研磨,加工難度也較大。
玻璃鏡頭加工設備概況
(來源:網際網路)
根據PIDA 的市場調研,2012年全球光學鏡頭產業市場規模達到125.3億美元,並認為未來幾年的年增幅將會穩定在7%左右,據此推斷2015年全球市場規模將達到154.72億美元。
2009-2015全球光學鏡頭市場規模(億美元)
(來源:PIDA)
我國光學鏡頭市場自2000年以來發展勢頭強勁,2014年光學鏡頭產量達到22.25億個,同比增長9.3%,國內需求量17.94億個,同比增長11.7%。
2010-2014中國光學鏡頭產量和需求量(億個)
(來源:PIDA)
從2015年開始,全球智慧型手機市場趨於飽和,增速逐步趨於平緩,但手機攝像頭像素一直在不斷提升,根據ZDC的研究結果,2015年中國手機後置攝像頭像素平均在1000萬以上,前置攝像頭在350萬像素以上。
2015Q1到2016Q2全球智慧型手機出貨量
(來源:Wind)
2015年中國手機攝像頭像素變化趨勢
(來源:前瞻產業研究院)
根據網際網路消費調研中心(ZDC)的數據,預計中國手機廠商對800 萬像素以上鏡頭的需求量2016 年將達5.4億顆,2017 年可達6.5億顆,2018年可達7.8億顆。
2015-2017國內手機廠商對800萬像素以上鏡頭需求量預測
(來源:ZDC)
目前能夠提供800萬以上像素手機鏡頭的光學廠只有臺灣大立光和玉晶光電、韓國的世高光、日本關東辰美和中國大陸的舜宇光學,五家廠商出貨量佔到了全球65%的份額。
目前自動駕駛的主流應用技術方案是高級駕駛輔助系統(ADAS),而對於ADAS系統來說,最重要的設備就是安裝在車身上的車載鏡頭、雷達、距離探測器等各種傳感器。
ADAS系統使用攝像頭位置
(來源:公司官網)
車載攝像頭在ADAS系統中的主要作用是行車輔助、駐車輔助與車內人員監控,貫穿車輛行駛到泊車全過程,通常一個完備的ADAS系統至少需要至少7 枚攝像頭。
從全球範圍來看,目前ADAS主要功能模塊在新車市場上的滲透率平均不足5%,國內不足3%,未來發展空間巨大。根據各大機構預測,預計2020年全球存量市場滲透率超25%,中國可達10%,市場規模達到700多億元。
2015-2020中國ADAS市場規模預測
(來源:中投顧問產業研究中心)
據HIS預測,2020年全球將售出8300萬個ADAS系統攝像頭,達2014年的近4倍之高。
2014-2020全球ADAS系統車載鏡頭出貨量預測
(來源:IHS)
在車載鏡頭供應商方面,舜宇光學(Sunny Optical)是全球車載鏡頭領導者,擁有25-30%的全球份額,接下來是富士和日立麥克斯,分別佔有市場約10%的份額。
目前,三大主流VR設備Oculus Rift,HTC Vive,PS VR均配有用來捕捉動作的攝像頭,其中,Oculus Rift 可最多支持4個追蹤攝像頭同時使用,PS VR配有雙攝像頭來進行動作捕捉。
AR設備中攝像頭的作用
(來源:網絡)
各大機構對VR/AR未來市場空間預測
(來源:網際網路)
依據目前主流VR和AR設備光學鏡頭的使用量,到2020年,VR/AR設備對應的鏡頭需求量將達到1.6億顆,市場規模約為30億美元。
VR/AR鏡頭供應商方面,舜宇光學是HTC Vive內置相機的供應商,生產360度相機的鏡頭。另一方面,Oculus Rift部件供應商Goertek也提供光學(通過子公司GoerXon),聲學和機械部件。